Екологічні проблеми

Чому цвіте вода?

Масовий розвиток мікроскопічних водоростей, що супроводжується зміною кольору води, тривалий час цікавило лише вузьке коло дослідників. Але з середини ХХ століття про «цвітінні» води, як про стихійне лихо, що викликається синьо-зеленими водоростями, заговорила і громадськість. При слабких вітрах водорості утворюють біля берегів щільний шар товщиною 10-15 см. Під жаркими сонячними променям вони швидко розкладаються і, звільняючи пігмент фікоціан, забарвлюють воду в синій колір. Іноді, при користуванні такою водою гинуть теплокровні тварини, а при вживанні свіжевиловленої риби, що харчуються синьо-зеленими водоростями, у людей з'являються отруєння.

До середини ХХ століття для створення резерву технічної, питної та іригаційної води почали створюватися водойми різних об'ємів, в результаті чого на найбільших річках світу, в тому числі і в Україну, побудовані потужні гідровузли, вище яких утворилися водосховища. У першу чергу слід назвати головну річку Україні - Дніпро ... Гідробудівництво сприяло отриманню низки вигод, але не на них зараз звертається увага, а на одну з негативних його сторін, пов'язану з «цвітінням» води.

В результаті того, що водосховищами були залиті землі, багаті мінеральними і органічними речовинами, останні стали розчинятися у воді. Їх кількість зросла, порівняно з вмістом цих речовин в дніпровських водах в річкових умовах в результаті надходження значної кількості забруднень з комунально-промисловими стоками і змивом з водозбірних площ. Це призвело до зміни біологічного режиму річки. Збіг ряду гідрологічних, гідрохімічних і біологічних факторів сприяють масовому розвитку водоростей в середині та другій половині літа.

У період «цвітіння» концентрація водоростей збільшується. Це створює враження «біологічного вибуху» величезної сили. Він пояснюється тим, що клітини колоній розмножуються простим поділом з великою швидкістю: подвоєння їх маси вимірюється годинами. Вони пронизують всю товщу води і спливають на поверхню, де утворюють товсту плівку, завдяки якій перехоплюють сонячну енергію, не дозволяючи розвиватися іншим водоростям. Вітри зганяють водорості в «плями цвітіння», які найчастіше спостерігаються в затоках. Через деякий час значні маси водоростей починають відмирати, розкладатися, свідченням чого є насичення прибережжя неприємним запахом та фарбування води в синьо-зелений колір. Сонячні промені прискорюють ці процеси. Ця - справжня біда для водосховищ. Від нього страждає все живе ще й тому, що у воді накопичуються отруйні продукти розкладання водоростей: індол, скатол, аміак, фенол, складні ефіри і спирти. Тому риби прагнуть залишити місця скупчення водоростей. Правда, не завжди і своєчасно вони встигають це зробити, а перебування їх у таких водах закінчується загибеллю. Те ж саме, відбувається і з кормовими організмами риб.

... При недоліку кисню, молодняк риб піднімається до поверхні води, жадібно хапає повітря, дихає розкритим ротом і зябрами, плаває на боці або вгору черевом, іноді вискакує з води, наближається до берега і, знесиливши, гине. Хвилями вона викидається на берег, утворюючи на вузькій прибережній смузі великі скупчення. На ділянках водосховищ, де виникають замори, молодняк з'являється лише після відновлення нормальних умов, особливо після нормалізації кисневого режиму.

Найчастіше замори виникають у тих берегів, у напрямку яких дмуть вітри.

У штормову, дощову погоду і при похолоданнях скупчення водоростей частково розганяються, і тоді ймовірність виникнення заморів зменшується. На окремих ділянках вони можуть повторюватися протягом літа понад 10 разів. У бухтах і затоках, де в основному тримається молодняк влітку, гине значно більша її кількість, ніж у прибережжя відкритих плес водосховищ.

За приблизними підрахунками, в нижній частині Кременчуцького водосховища, на прибережній смузі довжиною близько 60 км, протягом липня-серпня 1967 загинуло до 7 млн. особин риб, у тому числі окуня 5,3 млн., судака 786 тис., йоржа 457,7 тис., язя 104 тис. Втрати риби від заморів значні, особливо серед цінних видів.

Отже, інтенсивне «цвітіння» води у водосховищах та літні замори риби, які виникають в результаті цього, - негативний фактор. Уникнути фатальних результатів цього явища можна і потрібно комплексом заходів, спрямованих на зменшення надходження органічних і мінеральних забруднень у водойми, збільшенням проточності води і методами, які повинні розроблятися спеціальними установами, що відають охороною якості води у водосховищах, можливо, аж до створення служби виявлення предзаморних місць та їх ліквідації.

Методи оцінки забруднення вод за допомогою тварин-індикаторів

Біоіндикація прісних вод - система оцінки стану і змін якості вод, заснована на вивченні якісного і кількісного складу чутливих і толерантних до забруднень гідробіонтів.

Біомоніторинг прісних вод - система повторних, цілеспрямованих спостережень, оцінки і прогнозу екологічного стану водних об'єктів з використанням методів біоіндикації. В процесі біомоніторинга накопичуються дані про стан водних об'єктів, аналізується стан водних об'єктів з'ясовуються причини і джерела змін екологічного стану об'єктів.

Методи біоіндикації застосовні тільки до водойм, що мають власну біоту. Вони враховують реакцію на забруднення цілих співтовариств водних організмів або ж окремих систематичних груп. При цьому дослідники безпосередньо на водоймі враховують факт присутності в німіндикаторних організмів, їх кількість, наявність у них патологічних змін.

Не дивлячись на те, що і природні умови водойм, і види забруднень дуже різноманітні, можна виділити декілька універсальних реакцій співтовариств водних організмів на погіршення якості води. Раніше всього це:

1. Зменшення видової різноманітності (у 2-4, а іноді і в десятки разів);

2. Зміна кількості водних організмів. Причому кількість може як знижуватися (при дуже високому рівні забруднення або за наявності токсичних забруднювачів), так і рости в порівнянні з нормальним станом співтовариства. Це зростання пояснюється тим, що в водоймах, особливо при їх забрудненні органічними речовинами, можуть залишатися небагато, але стійкі до забруднення види тварин. У таких умовах вони досягають дуже високої великої кількості.

Саме ці закономірності застосовуються в багатьох методиках біоіндикації. До їх числа відносяться індекси видової різноманітності і методи, що враховують співвідношення великої кількості різних груп водних організмів.

Окрім цього, часто враховується здатність певних груп організмів мешкати у водоймах з тим або іншим рівнем забрудненості.

Треба особливо відзначити те, що представники будь-якої надвидової систематичної групи (роду, сімейства, підряду) практично ніколи не мають однакових екологічних потребам. До складу таких груп можуть входити абсолютно різні з погляду відношення до забруднення види: стійкі до забруднювачів, нестійкі, види-універсали, здатні жити в дуже широкому спектрі зовнішніх умов і так далі. Однією з поширених помилок є використання надвидових таксонів як індикаторів якості води без критичного розгляду набору тих, що входять в цей таксон видів.

Наприклад: веснянки вважаються індикаторами дуже чистої води. Але деякі види веснянок, зокрема Nemoura cinerea, звичайні в мезотрофних, помірно забруднених водоймах. Говорити, що вода не забруднена на підставі того, що цей вид виявлений в пробі було б необачно.

Личинки комарів-звонців (сімейство Chironomidae) в багатьох методиках використовуються як організми-індикатори сильного органічного забруднення. Реально ж серед хірономід є немало видів, що мешкають тільки у чистих, насичених киснем водоймах. Їх присутність в пробі ніяким чином не говорить про забрудненість водойми органікою.

У пропонованих нижче методиках ця помилка коректується необхідністю розгляду комплексу видів і надвидових таксонів, а не одного таксона.

Велику роль для результатів біоіндикації стану водойми грає вибір тих груп живих організмів, які враховуються дослідником.

Річ у тому, що водні співтовариства дуже різноманітні і включають декілька крупних екологічних угрупувань, реакції яких на забруднення можуть серйозно розрізнятися. Це екологічні групи тварин: зоопланктон, зообентос, перифітон, нектон; і рослин: фітопланктон фітобентос. Кожна група організмів як індикатор має свої переваги і свої недоліки.

Так, співтовариства планктонних організмів (тобто пасивно ширяючих в товщі води) дуже швидко реагують на будь-які зміни її якості. Вони є як би "моментальним знімком" стану водойми.

Але методи біоіндикації, засновані на реакціях планктонних співтовариств застосовні перш за все для озер, і лише з великою обережністю – для проточних водойм.

Крім того, організми фітопланктону (водорості і синьо-зелені бактерії) не володіють достатньою чутливістю до фекального забруднення і важкими металами. Зоопланктон, у свою чергу, слабо реагує на зміни у водоймі концентрації сполук азоту і фосфору.

Організми бентоса (тобто що мешкають на дні водойми, в товщі донних осадків або в придонному шарі води), менш динамічно реагують на швидкі зміни рівня забрудненості. Зате, завдяки тривалому життєвому циклу багатьох донних тварин, їх співтовариства надійно характеризують зміни водного середовища за тривалі періоди часу.

Необхідно пам'ятати, що в своєму природному стані різні природні водойми можуть сильно відрізнятися один від одного. На водну флору і фауну впливають такі показники як глибина водойми, наявність і швидкість течії, кислотність води, каламутність, температурний режим, кількість розчиненої органіки, сполук азоту і фосфору.

На всі ці параметри впливає як антропогенне навантаження, так і природні процеси, що відбуваються у водоймах. Значить, для водойм різних типів в нормі буде характерний різний видовий склад і велика кількість гідробіонтів. Більш того, у водоймах з найбільш чистою водою кількість видів тварин і рослин звичайно нижча, ніж в тих водоймах, де органічні речовини, сполуки азоту і фосфору присутні в помірних концентраціях. Для багатьох водних організмів помірний рівень забруднення є оптимальним станом місця існування. Існують також «види-універсали», що володіють високою екологічною пластичністю і здатні переносити значні коливання ступені забрудненості водойми. Зрозуміло, що такі види не представляють інтересу для біоіндикації.

З цього виходить, що:

- для оцінки стану води за допомогою біологічних об'єктів необхідно вибирати надійний, перевірений метод, відповідний для даного типу водойми і поставлених завдань;

- потрібно чітко дотримуватися методики відбору і обробки проб;

- всі біологічні закономірності є закономірностями статистичними. Тому об'єм використовуваного матеріалу має бути достатньо великий.

І самі живі організми, і співтовариства, які вони утворюють, – надзвичайно складні системи. Будь-яка особина і будь-який вид в природі відчуває на собі вплив величезної кількості чинників і, в свою чергу, сам впливає на них. Все різноманіття цих зв'язків врахувати практично неможливо. Також важко передбачити і реакцію конкретного організму на зовнішній вплив: адже двох однакових організмів в природі не існує.

Тому не можна робити виводи про рівень забрудненості води на основі реакцій однієї особини тест-організма або одної-двох проб, узятих в досліджуваній водоймі. Не виключено, що вам попадеться «нетипова» особина стійкість якої до забруднення буде значно вища або нижча, ніж середня для організмів цього виду. Точно також і єдина відібрана в водоймі проба може бути узята в «нетиповому» місці. І всі виводи зроблені на основі таких «спостережень», будуть невірними.

Для попередньої діагностики якості води не можуть використовуватися будь-які тварини. Види-індикатори повинні відповідати необхідним вимогам, досліджень, що пред'являються специфікою. Біоіндикаторами можуть бути види, що мають широке розповсюдження в природі з великим ареалом і високою чисельністю популяцій. Види мають бути легко доступні для вилову і дослідження.

Існує багато методів визначення забрудненості водотоків по водним безхребетним, краще всього використовувати відразу декілька, які б грунтувалися на якісних показниках - що оцінюють таксономічне багатство, різноманітність організмів, і кількісно - оцінюючих чисельність організмів в пробі.

Відомо і застосовується досить багато (декілька десятків) методик оцінки якості води по складу макрозообентосу. Більшість з них мають два крупні недоліки: вимагають збору і обробки кількісних проб (дуже трудомістких і вимагаючих спеціального устаткування) і припускають визначення тварин до виду (зазвичай доступне лише для фахівців-систематиків).

Індекс Гуднайта-Уітлея. Цей показник обчислюється дуже просто, якщо є кількісні дані по макробентосу. Він дорівнює відношенню, в %, чисельності малощетинковых черв'яків (олігохет) до чисельності всього макробентоса. Вважається, що частка олігохет тим більша, чим сильніше забруднена вода і дно (більше органічних речовин). Індекс задовільно працює лише на м'яких грунтах (мулах і пісках), де взагалі можуть жити олігохети, і взагалі дуже чутливий до типу грунту.